Обеспечение радиационной безопасности жителей Санкт-Петербурга требует проведения непрерывного мониторинга уровня гамма-излучения. Мониторинг должен давать общую картину распределения мощности эквивалентной дозы по территории, понимание особенностей расположения локальных максимумов и оценку средних уровней по заданной пространственной области. Разработка схем зонирования города по величине радиоактивности с выявлением зон наибольшего риска позволяет лучше отслеживать и держать под контролем использование источников ионизирующего излучения организациями Санкт-Петербурга и является актуальной задачей при принятии решений в данной сфере [1].
Эквивалентная доза – это произведение поглощенной дозы в биологической ткани на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения. Этот коэффициент отражает способность данного вида излучения повреждать ткани организма. Поглощённая доза – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу [2].
Источниками ионизирующего излучения в Санкт-Петербурге является природный радон и его дочерние продукты распада, а также внешнее гамма-излучение. Незначительный вклад в структуре природного облучения формируют содержащиеся в продуктах питания и питьевой воде природные радионуклиды.
В Санкт-Петербурге функционирует сеть радиоактивного мониторинга, состоящая из 18 станций [3]. Схема размещения станций представлена на рисунке 1.
Целью настоящей работы был статистический анализ дозы гамма-излучения на территории Санкт-Петербурга. В работе использованы ряды данных за теплый период года с марта по август 2020 года. Измерения проводились ежедневно. Объем данных, взятых для анализа, составляет 150 – 170 измерений для каждой станции.
Рисунок 1 Карта расположения станций радиоактивного мониторинга
Для анализа статистики временных рядов дозы гамма-излучения были вычислены такие параметры, как: среднее значение эквивалентной дозы по району [Mx] – это сумма всех значений в распределении, деленная на их количество; стандартное отклонение (среднеквадратичное отклонение) [] – показатель рассеивания величины, вокруг среднего значения; эксцесс [E] – мера остроты пика в распределении случайной величины; асимметрия [As] – представляет собой числовое отображение степени отклонения графика распределения показателей от симметричного графика распределения; медиана [Me] – значение, делящее распределение пополам; мода [Mo] - наиболее часто встречающее значение в выборке [4].
Результаты расчетов представлены в таблице 1. Адмиралтейский р-н не рассматривается из-за недостатка данных для анализа.
Таблица 1 - Статистика дозы гамма-излучения на станциях Санкт-Петербурга март- август 2020 года.
Станции \ Параметры |
Mx, мкЗв/ч |
Ϭ, мкЗв/ч |
E |
As |
Me, мкЗв/ч |
Mo, мкЗв/ч |
Василеостровский |
0,15 |
0,0039 |
-0,2 |
0,4 |
0,15 |
0,15 |
Выборгский |
0,13 |
0,0047 |
0,5 |
0,3 |
0,13 |
0,13 |
Калининский |
0,16 |
0,0037 |
0,2 |
0,4 |
0,16 |
0,15 |
Кировский |
0,17 |
0,0066 |
119,8 |
-10,2 |
0,17 |
0,17 |
Колпинский |
0,09 |
0,0087 |
0,1 |
0,7 |
0,09 |
0,09 |
Красногвардейский |
0,10 |
0,0174 |
2,9 |
-0,7 |
0,10 |
0,09 |
Красносельский |
0,12 |
0,0706 |
143,7 |
11,9 |
0,11 |
0,11 |
Кронштадтский |
0,11 |
0,0107 |
0,0 |
0,0 |
0,11 |
0,11 |
Курортный |
0,09 |
0,0085 |
1,9 |
1,0 |
0,09 |
0,09 |
Московский |
0,13 |
0,0139 |
3,2 |
-2,1 |
0,14 |
0,14 |
Невский |
0,15 |
0,0061 |
62,1 |
-6,0 |
0,15 |
0,15 |
Петроградский |
0,08 |
0,0062 |
135,3 |
11,1 |
0,08 |
0,08 |
Петродворцовый |
0,09 |
0,0037 |
0,5 |
0,9 |
0,09 |
0,08 |
Приморский |
0,14 |
0,0107 |
126,9 |
-10,5 |
0,14 |
0,14 |
Пушкинский |
0,09 |
0,0057 |
3,9 |
1,5 |
0,09 |
0,08 |
Фрунзенский |
0,12 |
0,0221 |
-1,7 |
0,0 |
0,11 |
0,14 |
Центральный |
0,15 |
0,0043 |
0,3 |
0,2 |
0,15 |
0,15 |
Среднее значение |
0,12 |
0,0122 |
35,3 |
-0,1 |
0,12 |
0,12 |
Во всех районах значение дозы гамма-излучения находится в пределах нормы. Нормальным радиационным фоном считаются значения до 0,75 мкЗв/ч [1].
Самые большие средние значения эквивалентной дозы наблюдаются в Кировском (0,17 мкЗв/ч), Калининском (0,16 мкЗв/ч), Невском, Центральном и Василеостровском (0,15 мкЗв/ч) районах. Наименьшие средние значения эквивалентной дозы отмечены в Петроградском (0,08 мкЗв/ч), Колпинском, Петродворцовом, Курортном и Пушкинском (0,9 мкЗв/ч) районах.
Самое большое значение стандартного отклонения наблюдается в Красносельском (0,07 мкЗв/ч) районе. Это говорит о том, что за рассматриваемый промежуток времени значения эквивалентной дозы в этом районе меняются в большем диапазоне, чем в других районах.
Районы можно объединить по средним значениям эквивалентной дозы:
1) Наименьший уровень гамма-фона (0,08 – 0,09 мкЗв/ч). Сюда входят Петроградский, Колпинский, Петродворцовый, Курортный и Пушкинский районы.
2) Низкий уровень (0,10 – 0,11 мкЗв/ч) – Красногвардейский р-н, Кронштадтский р-н
3) Средний уровень (0,12 – 0,13 мкЗв/ч) – Выборгский р-н, Красносельский р-н, Московский р-н, Фрунзенский р-н
4) Повышенный уровень (0,14 – 0,15 мкЗв/ч) – Василеостровский р-н, Невский р-н, Приморский р-н, Центральный р-н
5) Высокий (0,16 – 0,17 мкЗв/ч) – Калиниский р-н, Кировский р-н.
Номера объединенных групп по уровню гамма-фона представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 Районы, сгруппированные по уровню гамма-фона
Как можно заметить из получившейся карты районов, самые большие значения эквивалентной дозы наблюдаются в центре города. Чем дальше расположены датчики от центра, тем более низкими оказываются показания. Однако, в Петроградском районе значение эквивалентной дозы самое низкое, по сравнению с другими районами, что очень странно, ведь районы вокруг Петроградского имеют самые большие значения измерений. Причин для этого может быть несколько:
1) Неполадки датчика;
2) Неправильная установка датчика;
3) Некая неизвестная причина природного характера
Распределения значений эквивалентной дозы с равными модой и медианой, и близкими нулю коэффициентами эксцесса и асимметрии близко к нормальному распределению. К таким районам относится Кронштадтский р-н. Гистограмма распределения значений уровня гамма-фона Кронштадтского района представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 Гистограмма распределения значений эквивалентной дозы в Кронштадтском районе
В других районах распределение значений эквивалентной дозы отличается от нормального. К таким относятся: Петроградский, Приморский, Невский, Красносельский, Кировский районы. Гистограмма значений в Приморском районе представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 Гистограмма распределения значений эквивалентной дозы в Приморском районе
Сгруппируем районы Санкт-Петербурга по типу распределения в три кластера: (1) – районы со значениями гамма-фона, описываемыми нормальным распределением; (2) - близким к нормальному и (3) – сильно отличающимися от нормального. Расположение кластеров на карте города представлено на рисунке 5.
Рисунок 5 Районы, сгруппированные по типу распределения
Таким образом, значения эквивалентной дозы по территории Санкт-Петербурга распределены неравномерно: средние значения, мода и медиана, в различных районах отличаются на 67 - 70%, а ско на 549%.
По виду распределения также наблюдается большой разброс. Значения эквивалентной дозы северо-западных районов города близки к нормальному распределению, уровень фона в центре окраинах города – напротив, далек от нормального.
Список литературы
1.Радиоактивное загрязнение [электронный ресурс] – URL: https://ecoportal.info/radioaktivnoe-zagryaznenie/
2. Надзор и контроль в сфере безопасности. Радиационная защита 5-е изд. Учебное пособие для бакалавриата и магистратуры. Валерий Беспалов 2020
3. Радиационный фон в СПБ [электронный ресурс] – URL: https://zivert.spb.ru/
4. Некоторые определения из описательной статистики [электронный ресурс] – URL: https://statpsy.ru/descriptive/ekscess/